声音是一种波，它具有许多物理性质。这里介绍两点：一点是声波在空气里是沿直线前进的，并且具有一定速度，大约是每秒340米左右。利用这一点可以测量距离。据后魏的《水经注》上记载，四世纪时有个建筑师名叫陈遵，受命建造江陵金堤。为了测量某高地的高度，他命一人在高处打鼓，另一人在低处测听，然后由声速×时间=距离的关系，算出了高度。据说那结果还相当准确，出色地完成了筑堤任务。西方利用同样的原理搞声速测量，是1636年法国人默森做的，比起我国这位“陈工程师”来，要迟1300年左右。

声波的另一物理性质是反射。反射回来的声波传入耳朵，就叫做“回音”，这是大家所熟悉的。但是有的回音效果很特别，譬如我国江西省弋阳县的圭峰，风景优美，是个游览胜地。那里有个名叫“四声谷”的山谷，游客高喊一声，可以听到四次回音。据说在英国牛津郡的一个山谷里，放一枪，竟可以听到三十多次回音。这些特殊的回音现象为山川增色，招引了更多的游客。但这毕竟是大自然的恩赐，我国古代劳动人民却以自己的智慧与双手，巧夺天工，利用声波的反射原理，造出了建筑声学里光彩夺目的丰碑——北京天坛公园里的回音壁、三音石和圜丘。

天坛建造于十五世纪初年。回音壁是一道圆形的围墙，高约六米，半径约32.5米。围墙内有三座建筑物，靠北边围墙2.5米处的一座叫“皇穹宇”，原来是封建皇帝用来祭扫的地方，此外还有两座长方形建筑物。如果某乙把耳朵贴近围墙，某甲在相距45米左右处紧贴围墙向北对乙说话，听起来十分清楚，好像说话的人就在身边一样。如果乙也贴着围墙向北对甲讲话，甲同样能听得非常清楚。这是什么道理呢？原来整个围墙砌得整齐光滑，适于反射声音。甲或乙的声音，只要是贴着墙发出的，就往往会满足所谓“全反射”的条件。在此情况下，连续反射的声音沿着围墙一条折线，一直保持着跟原来差不多的能量，传到对方的耳朵里，所以听起来仍很清楚。而实际上它已经几经周折，绕过了100米以上的途径呢！

三音石是位于围墙正中央的一块石头。在皇穹宇通往围墙南大门的石路上，从皇穹宇的台阶下来，往南数第三块石头即是。据说站在三音石上鼓掌一次，可以连续听到“啪、啪、啪”三次回音，所以叫做三音石。而实际上，如果用力鼓掌，听到的回响就不止三次，可能多达五六响。究其原因，是因为三音石正好处在围墙的中心，掌声等距离地传到围墙，又等距离地被反射回来，在中心点合成为第一响；接着再向四面八方传播，碰到围墙后又“弹回来”在中心点组成第二响；如此往返不停，便能听到第三、第四响等等。当然，声波的能量会逐渐消耗，所以五六响之后，剩下的声音就微弱得人耳觉察不出来了。

说到圜丘，它是一个由青石建成的圆形平台。它的基层占地很广，最高层平台离地约5米，半径为11.4米。除了东南西北四个出入口外，四周全用青石栏杆围住。说是平台，实际上并不平，台面的中心略高，向四周微微倾斜。如果有人站在台中央叫一声，他本人听到的声音就比平常听到的要响亮；若是两人对谈，也会有同样感觉。这也是反射的结果。原来由台中心发出的声音，碰到了石栏杆，一部分被反射到栏杆附近稍有倾斜的台面上，再由台面反射到台中心。因为时间短促，回声和原来的声音混在一起，耳朵分辨不出，就觉得比平时要响得多。

回音壁、三音石和圜丘，其所以具有如此奇妙的声学效果，决不是偶然的。古代建筑师们从选材到造型都考虑了声学上的原理。譬如圜丘，全部采用青石和大理石砌成，因为这两种材料对于声音有优良的反射性能。又如回音壁，不但整个围墙砌得整齐光滑，构成为优良的声音反射体，而且皇穹宇和整个围墙的大小比例以及所处的位置，都是精心设计的，使得只要甲发声，对围墙甲点的切线来说，入射角小于22°，声波就总是被围墙连续地反射，而不受皇穹宇的散射。又如圜丘台面的倾斜度必须合理，才能得到良好的增强音响的效果。这些都是建筑声学上的创造，因而使天坛更加增辉，成为驰名中外的罕见的建筑物。

(选自《中国古代物理学史话》，1981年)